澳洲UNSW COMP1917 Computing 1课程补习

COMP1917的目标是让学生熟练使用高级语言进行编程。涵盖的主题包括：基本编程概念、程序测试和调试、数据的基本内存表示法、编程风格。通过实验室编程练习和作业，学生将获得有关这些主题的实际经验。

一、如何构建新的编程语言

从很高的角度来看，创建一种新的编程语言主要涉及三个步骤。

定义语法。

为源代码创建前端编译器。

构建后端代码生成器。

因此，你需要从一支笔和一张纸开始，定义你的语言的语法。如果你不知道什么是正式语法，那就把它想象成人类语言的语法(阅读我的相关文章)。

例如，在人类语言中，你可以说 "一个句子由冠词、名词和动词组成"。然后，语言的自然模糊性(主要由口语部分和人类的天性决定)将这一规则抛诸脑后。

在正式语言中，如果语法规定 "赋值由变量名、等号(=)和数字构成"，那么这将是程序源代码中实例化变量的唯一方法，否则代码将无法编译(如果是解释型语言，则会出现错误)。

简而言之，形式语法定义了程序源代码在这种语言中必须是什么样子。它涉及到程序员在使用你的语言编写程序时必须遵守的语法规则。

前端编译器(Front-End Compiler)是一种软件，它能接收源代码并生成一些看起来很奇怪的数据结构。本文稍后将对此进行详细介绍。

最后，"后端代码生成器 "是另一款软件，它将前端生成的代码转换成可实际运行的代码。

等等，这......可以运行?可以运行?这就是把初始源代码转换成新的源代码(可以运行)?

是的，不过是机器能理解的代码，通常称为目标机器码。严格来说，这意味着你应该提供汇编代码，将其交给汇编器，汇编器将与链接器/加载器一起工作，然后他们会将机器代码返回给你。

然而，许多精明的人过去已经做了这样的努力。因此，新的编程语言往往只是被翻译成现有的编程语言，而现有的编译器已经存在。

例如，在架构新语言时，您可能会决定您的编译器不生成机器代码，而是生成 C 代码，然后将其交给 C 编译器。这是一种标准的方法，它不会让您从编写编译器的过程中摆脱任何有趣的部分：您仍然需要构建一个编译器。

二、创建编程语言编译器的步骤

为一种复杂的编程语言编写一个严肃的编译器是一项艰巨的任务。这需要一支技术精湛的庞大团队。

例如，FORTRAN 1 编译器的开发就花费了大约 3 年时间。FORTRAN 语言是为科学计算而设计的，它改变了这一领域的游戏规则，至今仍被广泛使用。他们做得很好，几乎改变了计算的历史。

尽管复杂得吓人，但编译器只有 5 个主要部分：

1.词法分析。识别语言关键字、运算符、常量和语法定义的每个标记。

2.解析。对标记流进行 "理解"，即把每对标记之间的关系编码成树状数据结构。这种树状结构旨在描述每行源代码中操作的含义。

3.语义分析。可能是所有步骤中最晦涩难懂的一个。主要涉及理解类型和检查源代码 "含义"(而不仅仅是语法)中的不一致性。艰难。

4.优化。无论编译前的源代码有多好，都有可能在进行低级编码(直到机器码)时实现一些优化。比如内存优化，甚至功耗优化。当然，还有运行时优化。

5.代码生成。原始代码的优化版本最终被翻译成可执行代码。

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